Развитие композиционных материалов и изделий со сложной внутренней структурой ставит во- прос об использовании экспериментальных методов для определения напряженно-деформированного состояния. Стандартные экспериментальные методы, применяемые к образцам с негомогенной внут- ренней структурой, не позволяют получить полную картину о внутренних изменениях материала при нагружении. А наличие внутренних дефектов, пористости, а также локальная потеря устойчивости могут значительным образом повлиять на получаемые результаты. Несмотря на развитие как самих томо- графов, так и методов обработки данных, большинство исследований над образцами производятся в статике, то есть без приложения внешней нагрузки. В данном исследовании представлена методика исследования пористости образцов рентгеновским компьютерным томографом при одноосном сжатии. С этой целью была изготовлена специальная оснастка, позволяющая нагружать образец внутри томо- графа, отдельно была разработана методика проведения испытаний. Оснастка позволяет не только передавать осевое усилие сжатия, но и фиксировать соответствующую величину нагрузки. Область размещения исследуемого образца обладает большой рентгенологической просветностью, что умень- шает артефактное излучение. Для определения реперных точек при нагружении использовалась кон- трастная медная сетка. Для количественной оценки перемещений применен модифицированный детек- тор Харриса. Для оценки перемещений внутри образца перемещения реперных точек интерполирова- лись на регулярную начальную сетку. Для иллюстрации методики были спроектированы и изготовлены с помощью аддитивных технологий образцы для испытаний. Проведены серии нагружений и сканиро- ваний томографом для двух образцов: сплошной и образец со сфероидальными порами с жидкостью. Данные томографии обрабатывались согласно разработанной методике. В результате были получены поля перемещений образцов, величины пористости, объемной деформации и их распределение по образцу для каждого шага нагружения. Определено возрастание величины пористости при нагружении образца со сфероидальными порами с жидкостью. Предложена гипотеза, что при нагружении объем поры с жидкостью остается постоянным, но объем материала вокруг поры уменьшается. С целью про- верки данной гипотезы был проведен анализ объемной деформации.

Многие модели механики сплошной среды сводятся к более простым моделям при опреде- ленных значениях параметров. Однако решения по общей модели могут не сходиться к соответ- ствующим решениям по более простой модели. В математической теории пластичности условие текучести полностью определяет поведение материала, если принимается ассоциированный закон пластического течения. В публикуемой работе исследуется сходимость осесимметричных идеально жесткопластических решений по обобщенному условию текучести к соответствующим решениям по условию Треска при стремлении обобщенного условия текучести к условию Треска. Показано, что сходимость отсутствует, если закон максимального трения является одним из краевых условий задачи. В этом случае решения по обоим условиям текучести являются сингу- лярными. В частности, квадратичный инвариант тензора скорости деформации стремится к бес- конечности при приближении к поверхности трения. Коэффициент интенсивности скорости де- формации контролирует величину этого инварианта в окрестности поверхности трения. Коэф- фициент интенсивности скорости деформации входит в некоторые определяющие уравнения для предсказания эволюции свойств материала вблизи поверхностей трения в процессах обра- ботки давлением. В настоящей работе на примере конкретной краевой задачи исследуется по- ведение этого коэффициента при стремлении обобщенного условия текучести к условию Треска. Показано, что коэффициент интенсивности скорости деформации непрерывно изменяется при отклонении обобщенного условия текучести от условия текучести Треска. Такое поведение ко- эффициента интенсивности скорости деформации оправдывает его использование в опреде- ляющих уравнениях для эволюции свойств материала вблизи поверхностей трения.

Описан опыт применения метода молекулярной динамики для анализа поля напряжений в медной пластине с одним боковым горизонтальным и наклонным надрезами. Моделирование, основанное на методе молекулярной динамики и реализованное в классическом коде молеку- лярной динамики Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS), направлено на оценку параметров континуальной механики хрупкого разрушения, таких как коэффициенты интенсивности напряжений, T-напряжения и коэффициенты слагаемых более высокого порядка ряда Макса Уильямса, аппроксимирующего поле напряжений вблизи острия надреза для нор- мального разрыва (мода I), поперечного сдвига (мода II) и смешанного нагружения образца с одним боковым надрезом в условиях линейно-упругого деформирования. Ключевой целью исследования является сравнение континуального и атомистического подходов для оценки по- лей напряжений вблизи устья надреза на примере одной из наиболее распространенных конфи- гураций образцов с трещинами и надрезами. Коэффициенты интенсивности напряжений, Т-на- пряжения и коэффициенты регулярных слагаемых более высокого порядка в асимптотическом представлении Уильямса механических величин в медной пластине с одним боковым надрезом при нормальном отрыве и смешанном нагружении оцениваются с помощью дискретного подхода (атомистического моделирования) и континуального подхода (метода конечных элементов). Выполнен широкий класс молекулярно-динамических вычислений в LAMMPS. Атомистические значения коэффициентов интенсивности напряжений и коэффициентов неособых слагаемых более высокого порядка ряда Уильямса вычислены и сопоставлены со значениями, полученны- ми из конечно-элементных решений. Показано, что континуальная теория разрушения успешно описывает поля вблизи вершины трещины даже при чрезвычайно ограниченном поле сингуляр- ных напряжений, составляющем всего несколько нанометров. Угловые распределения компо- нент напряжений извлекаются из атомистического моделирования и сравниваются с угловыми распределениями напряжений континуальной механики линейного упругого разрушения. Срав- нение показывает хорошее соответствие между двумя подходами.

Рассматривается гипотеза происхождения волнообразного рельефа на по-верхности полиуретана, обработанного плазмой. Выдвинуто предположение, что напряжения и деформации возникают из-за накопленного в приповерхностном слое одноименного заряда. Предложена методика расчета напряжений при усло-вии равномерного распределения заряда. Получены определяющие уравнения упругой среды с распределенным зарядом, исходя из закона сохранения энергии и термодинамического неравенства. В полученных уравнениях тензор напряжений Коши содержит слагаемое, зависящее от плотности распределения заряда. Прове-ден расчет, показывающий зависимость величины напряжений от энергии и накоп-ленной дозы. Расчет по предложенной модели показывает, что напряжения, возни-кающие в материале при некоторых дозах обработки достаточно высокие, чтобы вызвать изменение формы поверхности. Показано, что потеря устойчивости и, как следствие, возникновение волн на поверхности материала, характерно для низко-модульных полимеров. Проведено сравнение результатов расчета с реальными снимками поверхностей образцов после обработки, полученных с помощью опти-ческого и атомно-силового микроскопов. Сделаны выводы о состоятельности вы-двинутой гипотезы.

В современном машиностроении в целом и в авиастроении в частности большое количество деталей получают листовой штамповкой. Для изготовления элементов гидрогазовых систем летательных аппаратов часто применяются формообразующие операции, в которых жидкости и резиноподобные материалы служат рабочей средой, передающей усилие прессования деформируемой заготовке. В настоящей работе рассматривается процесс раздачи средней части трубчатой заготовки из титанового сплава ОТ4-1. Внутреннее давление на трубчатую заготовку определяется действием рабочего тела при сжатии. Одним из значительных недостатков холодной листовой штамповки является пружинение материала после извлечения из оснастки. Поэтому форма матрицы, используемой для технологического процесса раздачи, должна задавать упреждающую форму трубчатой заготовки, обеспечивающую требуемую остаточную форму после разгрузки. Для определения такой формы матрицы формулируется и решается обратная задача. Реализация метода решения обратной задачи выполнена в системе MSC.Marc. Для осесимметричной формы детали используется двумерная постановка задачи. В случае тонкостенных конструкций моделирование процесса формообразования выполняется в условиях пластичности с учетом малых деформаций, но больших перемещений и поворотов (общая Лагранжева формулировка). Решение обратной контактной задачи формообразования находится итерационным методом, который построен на основе квазистатического вариационного принципа. Данный алго-ритм решения обобщается на трехмерные задачи, когда деталь имеет неосесим-метричную форму, в частности эллипсоидальную, тройник и т.д. В результате решения обратной контактной задачи формообразования трубча-той заготовки итерационным методом была определена требуемая геометрия жест-кой матрицы. Сравнение численных результатов с проведенным натурным экспе-риментом показало удовлетворительное совпадение. Таким образом, представ-ленный метод и его реализация в CAE-системе дает возможность проектировать оснастку на стадии подготовки производства.

Представлены результаты сложных одноосных механических испытаний с об-разцами полимерных нанокомпозитов, связующим которых является полиуретан на основе форполимера СКУ-ППЛ-2102. Данный эластомер является структурно-неоднородным материалом: в нем имеются твердые доменные структуры, благода-ря которым материал можно рассматривать как нанокомпозит со сложным механи-ческим поведением. Испытания были проведены с образцами полиуретана без наполнителя и полиуретана, наполненного малослойным графеном в количестве 0,5 массовых частей (м.ч. на 100 м.ч. матрицы). Были осуществлены эксперименты с возрастающими циклами деформирования и продолжительными временными остановками перед сменой направления движения захватов. Такие испытания поз-воляют отслеживать степень размягчения материала в ходе нагружения и рост дис-сипативных потерь при разных кратностях удлинений. Согласно полученным дан-ным было установлено, что даже при низком содержании наполнителя механиче-ские свойства материала существенно изменяются. Также отметим, что при по-вторных деформированиях образцов материалов вязкоупругие свойства проявля-ются несущественно (т.е. «тренированные» материалы с определенной степенью точности можно считать упругими). Для описания упругих свойств материала с учетом эффекта размягчения Мал-линза использовался потенциал, в основу которого положено представление об эффективном поведении нагруженных полимерных цепей. Для описания вязко-упругого поведения рассмотренного нанокомпозита была использована ранее описанная термодинамическая модель. Эффект размягчения Маллинза учитывался как в упругом, так и в диссипативном слагаемых тензора напряжений Коши. И, со-гласно полученным данным, учет данного эффекта в модели оказывает большее влияние на диссипативное слагаемое тензора напряжений